人工心臓開発のための機械的ポンプシステムの生体適合化に関する基礎研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10357012
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 妙中 義之 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00142183)
• 研究分担者: 高野 久輝 国立循環器病センター研究所, 副所長 (60028595) ; 中村 真人 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (90301803) ; 中谷 武嗣 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (60155752) ; 巽 英介 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00216996) ; 築谷 朋典 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (00311449)
• キーワード: 人工心臓 / 生体適合化 / 血液破壊 / 流れの可視化 / 数値解析法 / 血栓形成 / 解剖学的適合性 / 熱

研究概要

高機能人工臓器を開発する技術は、我が国の先進工業基盤技術を医療分野に応用することで大きく発展する可能性が高いが、その実現のためには機械としての人工臓器を生体の機能に適合させるための基礎技術研究が不可欠である。本研究では、高機能が要求される人工臓器のうち、健常な皮膚を介して伝送される電力によって駆動される体内完全埋込型の電気駆動式人工心臓を対象として、生体適合化に関する基礎研究を行った。
1. 血液破壊の軽減:工学的解析法として、レーザを用いた流れの可視化計測法、コンピュータ数値解析法により溶血の原因と考えられるデータを採取し、ポンプの溶血性能を山羊血を閉鎖回路内で循環させた結果とを比較対照した。インペラの外周とハウジングの距離が0.5mm以下で、溶血が急増することが明らかとなった。2.血液の凝固に伴う血栓形成の防止:拍動流式血液ポンプを中心に血液接触面の剪断速度と血栓形成の関係を検討した。慢性動物実験結果と工学的測定結果の対比により2.7N/m2以下の剪断速度の部位で血栓形成が見られることが明らかとなった。この結果に基づいてポンプの改良を進めている。3.体内空間や生体組織の配置への解剖学的適合性の実現のための方法論の創出:ヒト胸腔を対象として、高速CT法を用いて生体寸法計測を行い、それらのデータをコンピュータで解析することにより0.5mmの誤差で心臓周囲の解剖学的構造の三次元的再構築に成功し、人工心臓の埋め込みのための寸法の測定を開始した。4.体内での熱発生の影響と許容限界の明確化:熱源としての電磁駆動型人工心臓を埋め込んだ慢性動物実験で熱源周囲温度を連続測定するとともに肺に及ぼす病理組織学的影響の検討を開始した。5.経皮的電気エネルギー伝送に伴う電磁波による生体への影響と許容限界の明確化:慢性動物実験で実際に経皮的電気エネルギー伝送を行い、その病理組織学的影響の解析を開始した。

研究成果

• [文献書誌] Miyazoe Y.: "Computational fluid dynamic analyses to establish design process of centrifugal blood pumps." Artificial Organs. 22(5). 381-385 (1998)
• [文献書誌] Nakata M: "Characterization and optimization of the flow pattern inside a diaphragm blood pump based on flow visualization techniques." ASAIO Journal. 44(5). M714-M718 (1998)
• [文献書誌] Takiura K: "Development of design methods of a centrifugal blood pump with in vitro tests.flow visualization.and computational fluid dynamics: Results in hemolysis tests." Artificial Organs. 22(5). 393-398 (1998)
• [文献書誌] Wakisaka Y: "Development of a flow estimation and control system of an implantable centrifugal blood pump for circularory assist." Artificial Organs. 22(6). 488-492 (1998)
• [文献書誌] Wakisaka Y: "Intrathoracic and intraab dominal wall implantation of a centrifugal blood pump for circulatory assist." Artificial Organs. 22(6). 493-497 (1998)
• [文献書誌] Yamane T: "Flow visualization as a complementary tool to hemolysis testing in the development of centrifugal blood pumps." Artificial Organs. 22(5). 375-380 (1998)
• [文献書誌] 柴 建次: "完全埋込型人工心臓用体外結合型経皮エネルギー伝送システム-電気工学的観点からのin vitroおよびin vivo評価-" 人工臓器. 27(2). 341-346 (1998)
• [文献書誌] 巽 英介: "心房間シャントによる電気油圧駆動方式全人工心臓システムの左右心拍出量差代償に関する研究" 人工臓器. 27(1). 31-36 (1998)
• [文献書誌] 中村知道: "体内完全埋込型人工心臓に用いる経皮エネルギー伝送ユニットの生体適合性及び実用性の評価-体内埋込時の温度特性とエネルギー伝送効率の検討-" 人工臓器. 27(2). 347-351 (1998)